调速水泵运行测试分析_蒋昕.pdf

工 程 技 术产业创新研究 2023.1 第2 期148作者简介：蒋昕，男，浙江临海人，研究方向：水泵研发设计。调速水泵运行测试分析蒋 昕（利欧集团浙江泵业有限公司，浙江 台州 317500）摘要：本文以调速水泵运行测试分析为研究内容，在探究水泵变频调速基本原理的基础上，分析了调速水泵运行过程中的测试内容，并以实例进行研究，探讨了调试水泵最终的测试结果和节能评价效果，以促进调速水泵运行能力的不断提升。关键词：调速水泵；基本原理；测试过程；节能效果一、引言随着社会经济的飞速发展，工业生产过程及民用冷暖调节供应过程中，对水泵的变频调速功能要求越来越高，尤其是在多能源电网结构或能源分布式运输配送系统中，对水泵调速技术的关注进一步增强。文中通过对调速水泵运行测试问题分析，从而为提高水泵运行效率，实现水泵的优化调度及节能降耗奠定基础。二、变频调速基本原理调速水泵的变频调速基本原理，主要是依靠其变频器这一关键设备，基于调速水泵电机运行过程中转速参数和实际工作电源输入频率成正比例关系等，在改变调速水泵电动机工作电源频率参数值的基础上，达到改变最终电机运转转速值大小的目的。在整个变频调速水泵运行过程中，电机带动凝结水泵实现转速运动，依靠外部工作电源输入频率参数值的变化实现变频调速，整个速度调节过程具有调速范围广、实际灵敏度较高、动态响应过程良、节能环保效果好等诸多优势。三、测试内容本文以调速水泵运行过程中电机运转效率、水泵效率和电机与水泵的系统效率等为测试内容，探究最终的变化过程。由于调速水泵利用变频调速基本原理，通过和水泵连接的电动机的输入电源频率参数值对整个运转过程进行动态调节，当电动机水泵的转速为 n 时，电源参数值的频率 f 值能够借助计算关系式得到，整个变频调速过程能够按照电机的输入电源频率和水泵的参数值变化过程而得到一系列的数据变化测试内容。在现有的运转条件下，以变频调速水泵输入电源 50 赫兹的基础上，利用电机运转带动变频调速水泵和风机的运行，使其频率在 050 赫兹之间调节。在变频调速过程中，通过改变变频调速水泵电源输入频率参数值和电机的磁极对数参数值等，都能使电机的最终转速参数值随之变化，而且能够使变频调速水泵的电子旋转磁场转速参数值产生相应变化，也就是说，在变频调速水泵的实际速度调节过程中，转差率可以看作是近似不变的参数，由于整个运转过程中不存在的转差损耗，运行效率比其他调节方法的效率更高，相应的转子串电阻调速以及定子压速条等结构方式，仅能够改变定子运行过程中的转速参数值，而不能够改变其定子旋转磁场的专属参数值，会导致其损耗增加。四、测试结果分析对不同工况条件下电机输入电压参数、电流参数和调速水泵的流量参数、扬程参数等输入计算，得到最终水泵的效率参数，在计算功率因素取值 0.8 的基础上，测试数据如表 1 所示。进一步得到调速水泵的最终工作曲线特性图分别如图 1和图 2，由图可知，在水泵变频调速的过程中，水泵的实际运转功率因素并不完全是常数状态，会在整个运转过程中出现一定变化。也就是说，为了保证调速水泵在测试过程中的参数值更趋于精确和科学，从严谨的角度出发，采取功率因素表或者是功率表的测试方法，最终得到的调速水泵运行参数更加准确。从最终的测试结果看，调速水泵在不同运转条件下时得到的结果不同，当电机的输入频率为 50 赫兹时，其最终的运转效率高达 48%，当电机的输入频率为 45 赫兹运行后，工 程 技 术INDUSTRIAL INNOVATION 产业创新研究149表 1 测试数据表变频数f（Hz）流量G（m3/h）扬程H（mH2O）电流I（A）净功率 N（10-3kW）N=2.778GH实耗功率 W（10-3kW）效率（%）50103460.943.1629.915326.61.333.4838.420317.21.723.7945.425287.71.944.0548.030248.22.004.3246.340149.21.564.8432.14510285.20.782.7428.415265.71.083.0036.120246.41.333.3739.625206.71.393.5339.430177.31.423.8436.940880.894.2121.14010224.80.612.5324.215205.30.832.7929.920185.91.003.1132.225156.41.043.3730.930116.80.923.5825.63577.10.683.7418.23510174.40.472.3220.4151550.632.6323.720135.60.722.9524.5251060.693.1622.03066.40.503.3714.83526.70.193.535.53010123.90.332.0516.21594.40.382.3216.2207.550.422.6315.82555.40.352.8412.228.525.70.163.005.3图 1 单台水泵变频特性曲线图 2 变频水泵的效率曲线工 程 技 术产业创新研究 2023.1 第2 期150得到调速水泵的整体效率降为 39.6%，当电机在外在输入频率为 40 赫兹的条件下运行时，最终得到的频率效率数为32.2，当电机在外在输入电压为 35 赫兹条件时，最终得到的效率参数为 24.5%，当电机外在工况条件下输入的电源参数值为 30 赫兹时，其实际效率下降为 16.2%。也就是说，在水泵变频调速的整个运转过程中，其转速下降或者说流量下降 40%左右，水泵运转效率将会直接降低到 31.8%，即外在电源参数频率从 50 赫兹降低到 30 赫兹时，水泵的效率直接从 48%下降到 16.2%，整个过程中的降幅呈现较大差异。五、节能效果评价对调速水泵运行过程中的节能效果分析，首先分析水泵在变频调速结构工作下的工作点，通常情况下选择调速水泵在最高运行工况效率条件下，假定水泵在既定条件下运行的工作点为 A1 坐标点，参数如图 3 所示。图 3 工作点曲线示意图由图可知此时的流量参数和扬程参数，然后结合水泵在变频调速运行过程中系统管网并不对其做任何调节，得到该状态下的数字结构，从而得到 A1 点的流量参数和扬程参数计算值，最终能够得到水泵的流量效率。与此类似，能够进一步得到 A2 点、A3 点等不同点的水泵在既定速度下所对应的工作点，得到最终水泵的运转效率。由于水泵的工作特性曲线图是无法改变的，因此，为了最大限度满足水泵调速系统的需求，满足不同工况条件对其特定流量值的要求，就要确定水泵的工作参数点，因此必须要改变管网的阻力参数值，将管网的阻力参数值特征曲线向左方移动，以增大管网阻力参数值的方式，将其特性曲线匹配调速水泵的实际运行要求。在此过程中，可通过调节阀设置以及截流阻力增加等方式，达到其阻力特性曲线变化移动目标。进一步对变频调速水泵的输出功率和水泵的叶轮形状进行分析，针对后弯式的叶轮或者是前弯式叶轮，由于水泵的实际功率和流量参数呈现二次方曲线变化关系，以常用的径向叶轮为例进行分析，不同的试验水泵测试的输入功率曲线如图 4 所示。图 4 水泵功率曲线图六、结语本文以调速水泵运行测试分析过程为研究内容，在探究水泵变频调速原理的基础上，分析了调速水泵运行测试过程中的基本内容和最终的测试结果，进一步对调速水泵运行过程中的节能效果进行评价。评价结果显示，调速水泵的应用，能实现较好的节能效果，因此具备广阔的发展空间和应用前景。参考文献：1 王洪斌，刘文华，杜江，等.永磁调速节能技术在大功率循环水泵上的应用 J.节能技术，2017，32（02）：178-182.2 石兆玉.水泵在变频调速应用中的几个技术问题 J.区域供热，2018（11）：3-4.3 宛如意，颜浩，吴彦辉.水泵机组节能优化及效果评价 J.中国给水排水，2017，33（09）：53-56.